(57)【要約】【課題】簡素な構成でありながら良好な伝送特性を維持することのできる光ファイバカプラを提供する。【解決手段】カプラ１は、中心軸ＣＬ１，ＣＬ２に沿って伸びるコア部１１，２１と、その周囲を覆うクラッド部１２，２２との２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面の一部に機械加工によって形成された平面形状の断面１３，２３をそれぞれ有する一対の光ファイバ１０，２０を備え、断面１３，２３同士が互いに接合して接合部２を形成するようにしたものである。熱を加えずに光ファイバ１０，２０の断面１３，２３を機械的に接合させるようにしたので、コア部１１，２１の熱収縮や変質が生じない。このため、光ファイバ１０，２０の双方を伝播する光束の合成を行い、あるいは光ファイバ１０，２０のうちの一方を伝播する光束を他方へ分配することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って伸びるコア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部との２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面の一部に機械加工によって形成された、前記コア部およびクラッド部を含む平面状の加工断面をそれぞれ有する一対の光ファイバを備え、
前記加工断面同士が互いに接合されて接合部を形成している
ことを特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項２】
前記加工断面は、前記コア部の中心軸を含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバカプラ。
【請求項３】
前記光ファイバの加工断面同士の接合状態を保持する保持部材をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバカプラ。
【請求項４】
前記光ファイバ対の加工断面の間に、前記コア部と同等の屈折率を有する透明なマッチングオイルが介在している
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバカプラ。
【請求項５】
前記光ファイバ対の断面同士は、前記コア部と同等の屈折率を有する透明な接着剤によって接着されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバカプラ。
【請求項６】
前記保持部材は、
弾性体からなり、前記接合部の輪郭と同じ平面形状の凹部を含む収容部と、
前記凹部の開口面を覆うと共に、前記一対の光ファイバを、前記加工断面の接合方向に付勢する蓋と
を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバカプラ。
【請求項７】
前記凹部は、前記光ファイバの直径に相当する深さを有している
ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバカプラ。
【請求項８】
中心軸に沿って伸びるコア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部との２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面に沿って第１の端面から所定距離に亘って機械加工によって形成された、前記コア部およびクラッド部を含む平面状の加工断面をそれぞれ有する第１および第２の光ファイバと、
第２の端面を有する第３の光ファイバと
を備え、
前記第１および第２の光ファイバの加工断面同士が互いに接合されると共に、前記第１の端面と第２の端面とが互いに接合されることによりＹ字形状をなしている
ことを特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項９】
中心軸に沿って伸びるコア部と、前記コア部の周囲を覆うクラッド部との２層構造を有する光ファイバを柱状部材の周囲に巻き付けたのち、前記光ファイバの側面の一部を一括して機械加工することにより前記コア部およびクラッド部の双方を含む加工断面を形成する工程と、
前記光ファイバを複数に分割することにより、少なくとも１つの加工断面を含む光ファイバ素子を複数形成する工程と、
前記光ファイバ素子の加工断面同士を接合することにより接合部を形成する工程と
を含むことを特徴とする光ファイバカプラの製造方法。
【請求項１０】
前記コア部の中心軸を含むように前記加工断面を形成する
ことを特徴とする請求項９に記載の光ファイバカプラの製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記接合部を切断することにより中心軸と直交する端面を形成したのち、他の光ファイバの端面と接合させることによりＹ字形状の光ファイバカプラを形成する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光ファイバカプラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの内部を伝播する光束の分配または合成を行う光ファイバカプラおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光信号の伝送路として、プラスチック製またはガラス製の光ファイバが用いられている。従来、プラスチック光ファイバはガラス光ファイバに比べて伝送損失が大きいことから、その用途は照明やディスプレイに限定されていた。しかし、近年では低損失化が進んでおり、情報通信分野でのプラスチック光ファイバの利用も普及し始めている。ガラス製光ファイバと比較した場合、プラスチック光ファイバの利点は、その取り扱いの容易さや材料コストおよび加工コストを含めたトータルコストにある。このため、最近では、例えば小規模領域における光ＬＡＮや自動車装備品等の制御系統への採用が検討され、あるいは一部導入され始めている状況にある。
【０００３】
このような光通信のネットワークを構築するにあたっては光信号の分配または合成を行う必要があるので、光ファイバカプラが使用される。この光ファイバカプラとしては、複数のプラスチック光ファイバを、放電加熱により融着し延伸させたもの（例えば特許文献１参照）や超音波により融着させたもの（例えば特許文献２参照）がある。
【特許文献１】特開昭５９−７９２１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６６１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような融着による接続を行った光ファイバカプラでは、熱によるプラスチック光ファイバへの影響が懸念される。具体的には、プラスチック光ファイバのコア部が熱による収縮または変質を生じることで、伝送損失の増加を招くおそれがある。最近では、シングルモード（ＳＭ）型プラスチック光ファイバに加え、従来、製造が困難であった連続的な屈折率分布を有するグレーデッドインデックス（ＧＩ）型プラスチック光ファイバが開発されているが、このＧＩ型プラスチック光ファイバにおいてコア部の熱収縮や変質を生じてしまうと本来の屈折率分布を維持することが困難となり、その伝送特性を十分に発揮することができない。また、上記のような融着接続された光ファイバカプラを製造するには、所定の融着装置が必要となるうえ、その操作が煩雑である。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成でありながら良好な伝送特性を維持することのできる光ファイバカプラを提供すると共に、そのような光ファイバカプラをより簡便に製造することのできる光ファイバカプラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の光ファイバカプラは、中心軸に沿って伸びるコア部と、コア部の周囲を覆うクラッド部との２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面の一部に機械加工によって形成された、コア部およびクラッド部を含む平面状の加工断面をそれぞれ有する一対の光ファイバを備え、加工断面同士が互いに接合されて接合部を形成するようにしたものである。ここでいう側面とは、コア部を通過する光束の伝播方向に沿った面を意味する。また加工断面とは、コア部およびクラッド部を含むと共にコア部の中心軸に沿った断面をいう。
【０００７】
本発明の第１の光ファイバカプラでは、熱を加えずに２つの光ファイバの加工断面を機械的に接合させるようにしたので、コア部の熱収縮や変質を生じさせることなく互いのコア部を伝播する光束の合成を行い、あるいは一方のコア部を伝播する光束を他方へ分配することができる。また、双方の光ファイバにおける加工断面が光束の伝播方向に沿って延在しているので、効率的な光の授受が行われ、伝送損失を低減することができる。
【０００８】
本発明の第２の光ファイバカプラは、中心軸に沿って伸びるコア部および、その周囲を覆うクラッド部からなる２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面に沿って第１の端面から所定距離に亘って機械加工によって形成された、コア部およびクラッド部を含む平面状の加工断面をそれぞれ有する第１および第２の光ファイバと、第２の端面を有する第３の光ファイバとを備え、第１および第２の光ファイバの加工断面同士が互いに接合されると共に、第１の端面と第２の端面とが互いに接合されることによりＹ字形状をなすようにしたものである。ここでいう端面とは、コア部の中心軸と直交する断面、または光ファイバを径方向に横断する断面を意味する。
【０００９】
本発明の第２の光ファイバカプラでは、第１および第２の光ファイバの加工断面同士、ならびに第１および第２の端面同士をそれぞれ熱を加えることなく機械的に接合させるようにしたので、コア部の熱収縮や変質を生じさせることなく第１および第２の光ファイバを各々伝播する光束の合成を行い、あるいは第３の光ファイバを伝播する光束を他方へ分配することができる。また、第１および第２の光ファイバにおける加工断面が光束の伝播方向に沿って所定距離に亘って延在しているので、効率的な光の授受が行われ、伝送損失を低減することができる。
【００１０】
本発明の光ファイバカプラの製造方法は、中心軸に沿って伸びるコア部と、コア部の周囲を覆うクラッド部との２層構造を有する光ファイバを、一定の直径を有する柱状部材の周囲に巻き付けたのち、光ファイバの側面の一部を一括して機械加工することによりコア部およびクラッド部の双方を含む加工断面を形成する工程と、光ファイバを複数に分割することにより、少なくとも１つの加工断面を含む光ファイバ素子を複数形成する工程と、光ファイバ素子の加工断面同士を接合することにより接合部を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１１】
本発明の光ファイバカプラの製造方法では、熱を加えずに２つの光ファイバ素子の加工断面を機械的に接合させるようにしたので、コア部の熱収縮や変質を生じさせることなく互いのコア部を伝播する光束の合成を行い、あるいは一方のコア部を伝播する光束を他方へ分配することのできる光ファイバカプラが得られる。また、双方の光ファイバにおける加工断面が光束の伝播方向に沿って延在することとなり、効率的な光の授受が行われ、伝送損失を低減することができる光ファイバカプラが得られる。さらに、一定の直径を有する柱状部材に光ファイバを巻き付けたのち、その光ファイバの側面の一部を一括して機械加工することによって加工断面を形成するようにしたので、同形状の加工断面を有する同形状の光ファイバ素子が簡便かつ大量に得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の光ファイバカプラによれば、一対の光ファイバが、側面の一部に機械加工によって形成されたコア部およびクラッド部の双方を含む平面状の加工断面をそれぞれ有し、その加工断面同士の接合により接合部を形成するようにしたので、簡素な構成でありながら、良好な伝送特性を維持したまま光束の合成または分配を行うことができる。
【００１３】
本発明の第２の光ファイバカプラによれば、側面に沿って第１の端面から所定距離に亘って機械加工によって形成された、コア部およびクラッド部を含む平面状の加工断面をそれぞれ有する第１および第２の光ファイバと、第２の端面を有する第３の光ファイバとを備え、第１および第２の光ファイバの加工断面同士の接合と、第１および第２の端面同士の接合とによりＹ字形状をなすようにしたので、簡素な構成でありながら、良好な伝送特性を維持したまま光束の合成または分配を行うことができる。
【００１４】
本発明の光ファイバカプラの製造方法によれば、コア部およびクラッド部の２層構造を有する光ファイバを一定の直径を有する柱状部材の周囲に巻き付けたのち、光ファイバの側面の一部を一括して機械加工することによりコア部およびクラッド部の双方を含む加工断面を形成し、さらに光ファイバを複数に分割することにより、少なくとも１つの加工断面を含む光ファイバ素子を複数形成したのち、光ファイバ素子の加工断面同士を接合することにより接合部を形成するようにしたので、簡素な構成でありながら良好な伝送特性を維持したまま光束の合成または分配を行うことのできる光ファイバカプラを容易かつ大量に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施の形態としての光ファイバカプラの構成について説明する。図１は、本実施の形態の光ファイバカプラ１（以下、単にカプラ１という。）の斜視構成を表す部分破断図である。カプラ１は、接合部２において互いの断面が当接して接合されている一対の光ファイバ１０，２０と、これを保持する保持部材３とを備えたものである。
【００１７】
図２は、光ファイバ１０，２０を分解して示した断面図である。光ファイバ１０，２０は、それぞれ、中心軸ＣＬ１，ＣＬ２に沿って線状に伸び、光束が伝播する光路（導光路）となるコア部１１，２１と、その周囲を覆うクラッド部１２，２２との２層構造を有している。コア部１１，２１およびクラッド部１２，２２はいずれもプラスチックにより構成されているが、コア部１１，２１はクラッド部１２，２２よりも高い屈折率を有している。これにより、コア部１１，２１に入射された光束は、コア部１１，２１とクラッド部１２，２２との境界面において全反射を繰り返しながらコア部１１，２１の内部を伝播することとなる。光ファイバ１０，２０がシングルモード（ＳＭ）型光ファイバである場合にはコア部１１，２１の屈折率が一定であり、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバである場合にはコア部１１，２１の屈折率が分布を有することとなる。本実施の形態では、光ファイバ１０，２０として、ＳＭ型光ファイバおよびＧＩ型光ファイバのうち互いに同種のものを用いると共に、コア部１１，２１の屈折率（または屈折率分布）が互いに等しいものを用いる。なお、ここでは図示しないが、光ファイバ１０，２０は、クラッド部１２，２２の周囲に紫外線硬化樹脂などの被覆層を有するものであってもよい。
【００１８】
さらに、光ファイバ１０，２０は、それぞれ、コア部１１，２１およびクラッド部１２，２２の双方を含むように中心軸ＣＬ１，ＣＬ２に沿った方向（すなわち光の伝播方向）に延在する断面１３，２３を有しており、それらが互いに接合されることにより接合部２を形成している。断面１３，２３は、研磨や切削などの機械加工によって形成されたものである。ここでは断面１３，２３を併せて接合面２Ｓと呼ぶ。この接合面２Ｓを介して、光ファイバ１０を伝播する光束は光ファイバ２０に入射し、光ファイバ２０を伝播する光束は光ファイバ１０に入射することができる。
【００１９】
図３は、接合部２の拡大した断面構成を示すものである。図３に示したように、断面１３と断面２３との間には、コア部１１，２１と同等の屈折率を有する透明なマッチングオイル７１が介在している。あるいは、マッチングオイル７１の替わりにコア部１１，２１と同等の屈折率を有する透明な接着剤を介在させ、断面１３と断面２３とを接着するようにしてもよい。ここでいうコア部１１，２１と同等の屈折率とは、光ファイバ１０，２０がＳＭ型光ファイバの場合には、コア部１１，２１の屈折率以上であり、かつ、断面１３，２３においてコア部１１，２１を伝播する光束が全反射を生じない程度の屈折率であることを意味する。一方、光ファイバ１０，２０がＧＩ型光ファイバの場合には、コア部１１，２１の平均の屈折率よりも大きく、かつ、断面１３，２３においてコア部１１，２１を伝播する光束が全反射を生じない程度の屈折率であることを意味する。このような構成により、接合部２においては、あたかも一本の光ファイバとして振る舞うことが可能である。特に、断面１３，２３が、コア部１１，２１の中心軸ＣＬ１，ＣＬ２を含むようにすれば、接合部２の断面寸法が、接合部２以外の光ファイバ１０，２０とほぼ同等となるので好ましい。
【００２０】
保持部材３は、収容部３０と、蓋４０とを有している。図４に示したように、収容部３０は、接合部２の輪郭と同じ平面形状を含む凹部３６が形成されたものである。凹部３６は、分岐部３１〜３４と、それらが合流する合流部３５とを有している。凹部３６は、全体に亘り光ファイバ１０，２０の直径に相当する深さを有している。光ファイバ１０は分岐部３１、合流部３５および分岐部３３に収容され、光ファイバ２０は分岐部３２、合流部３５および分岐部３４に収容される。また収容部３０は、例えば硬質ゴムなどの弾性体により構成されており、外力に応じて変形する。
【００２１】
蓋４０は、凹部３６の開口面３６Ｋを覆うと共に光ファイバ１０，２０の断面同士が押し付け合う方向（Ｘ軸方向）に接合部２を付勢するものである。以下、図５（Ａ），（Ｂ）を参照して蓋４０の構成について説明する。図５（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したＶ−Ｖ切断線の矢視方向に対応した断面図である。蓋４０は、図５（Ａ）に示したように、本体部４１と、その両端縁に設けられて互いに対向する一対の把持部４２Ａ，４２Ｂとを有している。ここで一対の把持部４２Ａ，４２Ｂは、互いに対向する方向（Ｘ軸方向）に弾性を示すように構成されている。したがって、光ファイバ１０，２０を収めた凹部３６の開口面３６Ｋを本体部４１が覆うように蓋４０と収容部３０とを組み合わせると、図５（Ｂ）に示したように、把持部４２Ａ，４２Ｂによって断面１３，２３に対して垂直な付勢力Ｐが付与されることとなる。この結果、光ファイバ１０，２０の断面１３，２３同士が接合した状態で確実に保持される。
【００２２】
次に、カプラ１の作用について説明する。
【００２３】
図６に示したように、光ファイバ１０の端部１０Ａの側から光束φ１を入射すると、光束φ１はコア部１１を伝播し、接合部２に到達する。光束φ１は接合部２に到達したのち、端部１０Ｂへ向かう光束φ３と、端部２０Ｂへ向かう光束φ４とに分配される。ここで、断面１３と断面２３とは所定の屈折率を有するマッチングオイル７１を介して接合面２Ｓを形成しているので、光束φ１の伝播モードや強度は維持され、光束φ３，φ４は光束φ１と同等の伝播モードや強度を有することとなる。同様に、光ファイバ２０の端部２０Ａの側から光束φ２を入射した場合には、やはり光束φ２の伝播モードや強度を維持したまま、端部１０Ｂへ向かう光束φ３と、端部２０Ｂへ向かう光束φ４とに分配することができる。
【００２４】
また、端部１０Ａから光束φ１を入射すると共に端部２０Ａから光束φ２を入射すると、接合部２において光束φ１と光束φ２とが合成され、その合成光が端部１０Ｂ，２０Ｂへ光束φ３，φ４としてそれぞれ分配される。
【００２５】
このように、本実施の形態のカプラ１によれば、コア部１１，２１およびクラッド部１２，２２の２層構造をそれぞれ有し、かつ、側面の一部に機械加工による平面形状の断面１３，２３をそれぞれ有する一対の光ファイバ１０，２０を備え、断面１３，２３同士が互いに接合して接合部２を形成するようにしたので、簡素な構成でありながら、良好な伝送特性を維持したまま光束の合成または分配を行うことができる。特に、接合部２を保持部材３に収めるようにしたので、断面１３，２３同士の接合状態を確実に維持することができ、特性上の信頼性が向上する。
【００２６】
次に、カプラ１の製造方法について説明する。
【００２７】
まず、図７に示したように、ある一定の直径を有する円柱状のドラム４の周囲に光ファイバ５を巻き付ける。こののち、光ファイバ５の側面の一部を一括して機械加工することにより、図８（Ａ）に示したように、加工断面５Ｓを形成する。図８（Ｂ）の部分断面図に示したように、この加工断面５Ｓはコア部５１およびクラッド部５２の双方を含んでいる。
【００２８】
加工断面５Ｓを形成したのち、光ファイバ５を加工断面５Ｓ毎に複数に切断することにより、複数の光ファイバ素子を形成する。これにより、図１，図２などに示した光ファイバ１０，２０が得られる。続いて図９に示したように、光ファイバ１０，２０における断面１３，２３同士を接合することにより接合部２を形成したのち、接合された光ファイバ１０，２０を図４に示した収容部３０の凹部３６に収容し、さらに蓋４０を被せることによりカプラ１が完成する。接合部２を形成する際には、断面１３，２３の一方、または双方にマッチングオイル７１または所定の接着剤を塗布するようにする。あるいは、光ファイバ１０，２０の双方を凹部３６に収容したのち、断面１３と断面２３との間にマッチングオイル７１または所定の接着剤を流し込むようにしてもよい。
【００２９】
このように、本実施の形態におけるカプラ１の製造方法によれば、コア部５１およびクラッド部５２の２層構造を有する光ファイバ５を一定の直径を有するドラム４の周囲に巻き付けたのち、光ファイバ５の側面の一部を一括して機械加工することにより加工断面５Ｓを形成し、さらに光ファイバ５を加工断面５Ｓごとに切断することにより、断面１３，２３が形成された光ファイバ１０，２０を含む複数の光ファイバに分割したのち、断面１３，２３同士を接合することにより接合部２を形成するようにしたので、簡素な構成でありながら良好な伝送特性を維持したまま光束の合成または分配を行うことのできるカプラ１を容易かつ大量に製造することができる。
【００３０】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態ではＸ字形状のカプラ１について説明したが、これに限定されるものではなく、図１０に示した変形例のように、光ファイバ１０，２０，６０からなるＹ字形状のカプラ１Ａとしてもよい。ここで、光ファイバ１０，２０，６０は、中心軸ＣＬ１〜ＣＬ３に沿って伸びるコア部１１，２１，６１と、コア部１１，２１，６１の周囲を覆うクラッド部１２，２２，６２との２層構造をそれぞれ有している。光ファイバ１０，２０は、中心軸ＣＬ１，ＣＬ２と直交する第１の端面Ｔ１を有すると共に、側面に沿って第１の端面Ｔ１から所定距離に亘って機械加工によって形成された平面状の断面同士が接合されてなる接合面２Ｓを有している。一方の光ファイバ６０は、中心軸ＣＬ３と直交する第２の端面Ｔ２を有している。図１０では、第１の端面Ｔ１および第２の端面Ｔ２を明示するためにそれらの間に間隙を設けているが、実際には接合されており、光束が透過するようになっている。このようなカプラ１を製造するには、上記実施の形態で説明したように断面１３，２３を接合して接合部２を形成したのち、さらに、接合部２を切断することにより中心軸ＣＬ１，ＣＬ２と直交する第１の端面Ｔ１を形成し、この第１の端面Ｔ１と光ファイバ６０の第２の端面Ｔ２と接合させるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態としての光ファイバカプラの斜視構成を表す部分破断図である。
【図２】図１に示した光ファイバカプラにおける光ファイバの構成を表す断面図である。
【図３】図１に示した光ファイバカプラの要部を拡大した拡大断面図である。
【図４】図１に示した光ファイバカプラにおける収容部の構成を表す平面図である。
【図５】図１に示した光ファイバカプラのＶ−Ｖ切断線における断面構成を表す断面図である。
【図６】図１に示した光ファイバカプラの作用を説明するための説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態としてのカプラの製造方法における一工程を説明するための斜視図である。
【図８】図７に続く一工程を説明するための斜視図および拡大断面図である。
【図９】図８に続く一工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の変形例としての光ファイバカプラの断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…光ファイバカプラ、２…当接部、２Ｓ…当接面、３…保持部材、４…ドラム、５…光ファイバ、１０，２０…光ファイバ、１１，２１，５１，６１…コア部、１２，２２，５２，６２…クラッド部、３０…収容部、３６…凹部、４０…蓋、７１…マッチングオイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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